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DSP/BIOS環(huán)境下的數(shù)據(jù)通信
摘要：討論和比較DSP/BIOS環(huán)境下的各種通信方式，給出利用PIP管道對象進行數(shù)據(jù)通信的一個例子。文章的最后給出利用管道對象進行數(shù)據(jù)通信所需注意的一些問題和相應(yīng)的解決方法。關(guān)鍵詞：DSP/BIOS管道流I/O主機
引言
對于數(shù)字信號處理應(yīng)用來說，數(shù)據(jù)的通信很關(guān)鍵。在TI公司的DSP/BIOS環(huán)境下有3種通信方式，即基于管道（PIP，pipe）的通信、基于流（SIO，streamI/O）通道的通信以及基于主機（HST，host）通道的通信。每一種通信方式都是通過調(diào)度其相應(yīng)的內(nèi)核對象來完成的。DSP/BIOS提供了管理每一種通信方式的模塊及相應(yīng)地API調(diào)用，通過這些模塊及調(diào)用，可以完成DSP環(huán)境下的輸入/輸出（I/O）。本文在對各種通信方式進行簡要介紹的基礎(chǔ)上,對各種通信方式進行比較，并給出利用PIP對象進行數(shù)據(jù)通信的1個例子。
1通信方式簡介
�。�1）主機通信
主機通信方式下，由HST對象完成主機與目標機之間的通信。HST對象靜態(tài)配置為輸入/輸出，每一個HST對象內(nèi)部是用數(shù)據(jù)管道對象來實現(xiàn)的。
開發(fā)DSP應(yīng)用時，可以應(yīng)用HST對象來模仿數(shù)據(jù)流和測試程序算法對數(shù)據(jù)的處理。在程序開發(fā)的早期，特別是在測試信號處理算法時，程序使用輸入通道對象訪問來自主機文件中的數(shù)據(jù)，以及使用輸出通道對象把算法處理過的結(jié)果反饋回主機一側(cè)，以供查驗或比較。在程序開發(fā)的后期，當算法開發(fā)完畢時，可以把HST對象改回到PIP對象，通過利用PIP對象完成外設(shè)真實數(shù)據(jù)與目標應(yīng)用程序之間的通信。
�。�2）管道通信
管道（PIP）對象用于管理塊I/O（也稱為基于流的I/O或者異步I/O）。每一個PIP對象維護著一個分為固定數(shù)量和固定大小的緩沖區(qū)（稱為幀）。所有的I/O操作在每一刻只處理1幀。盡管每一幀長度是固定的，但是應(yīng)用程序可以在每一幀中放置可變數(shù)量的數(shù)據(jù)（但不能超過最大值）。管道有兩端，一端為寫線程，一端為讀線程。寫線程一端用于向管道中添加數(shù)據(jù)，讀線程一端用于從管道中讀取數(shù)據(jù)。管道能夠用于在程序內(nèi)的任意2個線程之間傳遞數(shù)據(jù)。經(jīng)常地，管道的一端由ISR控制，另一端由軟件中斷函數(shù)控制。數(shù)據(jù)通知函數(shù)（也稱為回調(diào)函數(shù)）用于同步數(shù)據(jù)的傳輸，包括通知讀函數(shù)和通知寫函數(shù)。當讀或?qū)?幀數(shù)據(jù)時，這些函數(shù)被觸發(fā)，以通知程序有空閑幀或者有數(shù)據(jù)可以利用。
�。�3）流通信
流是一個通道，通過它，數(shù)據(jù)在應(yīng)用程序與I/O設(shè)備之間傳輸。流通道可以是只讀的（用于輸入）或者只寫的（用于輸出）。它對所有I/O設(shè)備提供了一個簡單通用接口，允許應(yīng)用程序完全不用考慮每個設(shè)備操作的細節(jié)。流I/O的一個重要方面是它的異步特性。當應(yīng)用程序正在處理當前緩沖區(qū)時，一個新的輸入緩沖區(qū)正在被添充和以前的緩沖區(qū)正在被輸出。流交換的是指針而不是數(shù)據(jù)，這就大大減少了開銷，使得程序更能滿足實時約束的要求。流模塊（SIO）通過驅(qū)動程序來與不同類型的設(shè)備打交道。驅(qū)動程序由DEV（Device）模塊管理。
設(shè)備驅(qū)動程序是管理一類設(shè)備的軟件模塊。這些模塊遵從通用接口（由DEV提供），因此，流函數(shù)能夠發(fā)出普通請求。圖1給出了流與設(shè)備之間的交互示意圖。
�。�4）各種通信方式比較
DSP/BIOS支持兩種不同的數(shù)據(jù)傳輸模型，一種是管道模型，由PIP與HST模塊使用；另一種是流模型，由SIO與DEV模塊使用。2個模型都要求1個管道或者流具有1個讀線程和1個寫線程。2個模型都通過拷貝指針而不是數(shù)據(jù)來完成數(shù)據(jù)的拷貝。一般來說，管道模型支持低級通信，而流模型支持高級的、與設(shè)備無關(guān)的I/O。具體情況如表1所列。
表1DSP/BIOS環(huán)境下通信方式的比較
管道對象（PIP與HST）流對象（SIO與DEV）程序員必須創(chuàng)建自己的驅(qū)動程序提供了一種創(chuàng)建設(shè)備驅(qū)動程序的更加結(jié)構(gòu)化方法讀/寫線程可以是任意線程類型或者主機PC一端必須由使用SIO調(diào)用的任務(wù)（TSK）來處理，另一端必須由使用Dxx調(diào)用的HWI處理PIP函數(shù)是非阻塞的，程序在管道寫或讀之間必須進行檢查，以確保緩沖區(qū)可利用SIO_put、SIO_get和SIO_reclaim是阻塞函數(shù)（SIO）_issue是非阻塞函數(shù)）使用更少的內(nèi)存，一般較快更加靈活，使用簡單每個管道擁有自己的緩沖區(qū)緩沖區(qū)能夠從一個流傳輸?shù)搅硪粋�流而不用拷貝管道必須使用配置工具靜態(tài)地配置流可以在運行時刻創(chuàng)建或者使用配置工具靜態(tài)地配置對推棧設(shè)備（stackingdevic）沒有內(nèi)建地支持提供對堆棧設(shè)備（stackingdevic）的支持使用HST（內(nèi)部PIP實現(xiàn)）使得主機與目標機的通信容易起來DSP/BIO提供了大量的設(shè)備驅(qū)動程序
2基于管道通信的一個例子
在基于以上分析的基礎(chǔ)上，給出利用管道進行通信的1個例子。該例是音頻處理的一個例子。數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源輸入到編碼器以后經(jīng)量化通過串行口輸入到目標機，目標機處理完畢后再經(jīng)串行口發(fā)送到編碼器，由編碼器經(jīng)揚聲器輸出。圖2給出數(shù)據(jù)的流程圖。
（1）管道設(shè)計
該例中，設(shè)計了DSS_rxPipe和DSS_txPipe兩個管道，其中DSS_rxPipe用于數(shù)據(jù)的接收，DSS_txPipe用于數(shù)據(jù)的發(fā)送。
�。�2）線程設(shè)計
由于每個管道分別對應(yīng)1個讀寫線程，因此，發(fā)送管道與接收管道總共需要4個讀寫線程。本例中為了簡化設(shè)計，只設(shè)計了2個線程。其中，音頻處理函數(shù)（設(shè)計為軟件中斷SWI）既作為接收管道的讀線程又作為發(fā)送管道的寫線程；串行口接收中斷處理服務(wù)例程ISR既作為接收管道的寫線程又作為發(fā)送管道的讀線程。
每次中斷發(fā)生時，串行口中斷服務(wù)例程（ISR）把數(shù)據(jù)接收寄存器（DRR）中的數(shù)據(jù)字（32位）拷貝到數(shù)據(jù)接收管道的一空閑幀中。當1幀被填滿時，ISR把該滿幀寫到數(shù)據(jù)接收管道中（通過調(diào)用PIP_put），供該管道的讀線程（即音頻處理函數(shù)）讀取。音頻處理函數(shù)執(zhí)行時，它讀取接收管道中的一滿幀，處理完畢后再把它寫到發(fā)送管道的一空閑幀中，供該管道的讀線程（即ISR）發(fā)送。每次ISR觸發(fā)時，它從發(fā)送管道中讀取一滿幀（若有的話），并每次32位字地發(fā)向串行口發(fā)送寄存器（DXR）直到1幀中的所有數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。然后，該空閑幀被回收到發(fā)送管道，供音頻處理函數(shù)（即該管道的寫線程使用）。需要注意的是，由于例子當中發(fā)送速率與接收速率一樣，因此，中斷處理函數(shù)不但負責數(shù)據(jù)的接收也負責數(shù)據(jù)的發(fā)送，并且每次中斷執(zhí)行時只發(fā)送1個32位字。
（3）需注意的問題
PIP_alloc和PIP_put由PIP對象的寫線程調(diào)用，PIP_get和PIP_free由PIP對象的讀線程調(diào)用，這種調(diào)用順序是非常重要的。若打亂這種調(diào)用順序，將會產(chǎn)生不可預測的后果。因此，每一次對PIP_alloc的調(diào)用都要跟著對PIP_put的調(diào)用才能繼續(xù)調(diào)用PIP_alloc；對于PIP_get，情況也是如此。
另外，為了避免PIP調(diào)用過程中產(chǎn)生遞歸，作為通知讀/寫函數(shù)的一部分，應(yīng)該避免調(diào)用PIPAPI函數(shù)。如果為了效率起見必須要這樣做，那么對諸如此類的調(diào)用應(yīng)該加以保護，以阻止同一管道對象的重入以及錯誤的PIPAPI調(diào)用順序。例如，在發(fā)送管道的通知讀函數(shù)以及接收管道的通知寫函數(shù)的開始部分，我們添加了如下語句，以避免遞歸調(diào)用：
staticIntnested=0；
…
if(nested){/*防止由于調(diào)用PIP_get函數(shù)而產(chǎn)生的遞歸調(diào)用*/
return；
}
nested=1；
…
3總結(jié)
在DSP/BIOS提供的3種通信方式中，由于PIP對象的效率很高，因此使得它在基于DSP應(yīng)用系統(tǒng)的輸入輸出中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，我們在利用其所提供的便利的同時，一定要妥善處理好通知讀/寫函數(shù)的編寫工作，以免發(fā)生遞歸調(diào)用，產(chǎn)生災難性的后果。
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